Imagínese tratando de darle sentido a la cacofonía de un altavoz que reproduce cuatro canciones a la vez, y tienes una idea del desafío al que se enfrentan Jenny Schloss y Matt Turner.

En su búsqueda por construir una herramienta que use centros NV (impurezas a escala atómica en diamantes) para detectar los campos magnéticos en todo, desde neuronas en funcionamiento hasta sistemas de materia condensada, el par de Ph.D. Los candidatos de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias han desarrollado un método que puede detectar simultáneamente campos magnéticos en varias direcciones. Schloss y Turner trabajaron con el postdoctorado John Barry (ahora científico investigador en el Laboratorio Lincoln del MIT) en el laboratorio de Ronald Walsworth, miembro de la facultad del Centro de Ciencias del Cerebro de Harvard y del Departamento de Física.

Schloss, Tornero, y Barry bombardeó un pequeño, Oblea de diamante de 4 milímetros cuadrados con cuatro señales de microondas diferentes, cada uno de los cuales fue sintonizado para monitorear una orientación NV específica y difuminado de acuerdo con un patrón de modulación de frecuencia (FM) único. Entonces, los investigadores pudieron medir simultáneamente cómo respondía cada orientación NV a diferentes direcciones de un campo magnético, casi como si estuvieran escuchando cuatro estaciones de radio FM a la vez. El trabajo se describe en un nuevo artículo publicado en Revisión física aplicada .

Los investigadores dijeron que la nueva herramienta representa una mejora notable con respecto a las técnicas anteriores, lo que requirió que los investigadores pasaran por el proceso lento de cambiar secuencialmente entre las frecuencias de microondas para monitorear la respuesta de los centros NV orientados de manera diferente.

"Pero con este nuevo método, podemos hacerlos todos al mismo tiempo, "Turner dijo." A la vieja usanza, eso estaba bien para procesos que eran lentos. Pero para cosas rápidas como los campos biomagnéticos producidos por la activación de neuronas, tenemos que hacerlo mejor que eso, o podríamos perdernos alguna información ".

"Así que recopilamos este flujo constante de datos del diamante a medida que cambia el campo magnético, ", Añadió Schloss." Y podemos procesarlo más rápido de lo que lo recopilamos, para que podamos detectar la dirección y amplitud del campo magnético dinámico en tiempo real ".

La herramienta se basa en trabajos anteriores de Schloss, Tornero, Barry, y otros, que utilizó centros NV en diamantes para detectar señales neuronales en gusanos marinos.

"Esa fue una gran prueba de principio. Pero una herramienta de neurociencia ampliamente útil debería ser compatible con las neuronas de los mamíferos, ", Dijo Schloss." Pero eso es un desafío porque una serie de neuronas que se disparan produce campos magnéticos orientados en todas las direcciones. Esta técnica resuelve ese problema para la detección magnética de neuronas y otras aplicaciones futuras ".

Una de las razones por las que los centros NV son ideales para la tarea, Schloss y Turner dijeron:tiene que ver con la forma en que están dispuestos en el entramado de diamantes.

"Si tomas un diamante, obtienes un centro NV cuando reemplazas un átomo de carbono con un átomo de nitrógeno y un carbono adyacente con una vacante, "Dijo Schloss." En el enrejado, cada átomo está conectado a otros cuatro átomos, por lo que hay cuatro posibles orientaciones NV, y cada orientación es más sensible a los campos magnéticos que apuntan en esa dirección. Entonces, al usar los cuatro tipos de NV, puede averiguar en qué dirección apunta el campo magnético ".

Medir el campo magnético detectado por esos centros NV orientados de manera diferente es más fácil de decir que de hacer. El nuevo sistema implica colocar una oblea de diamante en un campo magnético generado en un laboratorio y luego iluminarlo con un láser. haciendo que el material tenga fluorescencia. Como los centros NV responden a los cambios en el campo magnético, así como al patrón especial de la señal de microondas de FM, el brillo de la fluorescencia NV cambia de manera distinta. Al rastrear esos cambios, los investigadores pueden crear una imagen tridimensional del campo magnético.

"El campo estático es lo que interactúa con las diversas orientaciones NV, "Dijo Turner." Y mientras demodulamos esa señal de microondas, podemos detectar la señal de cada uno de ellos ".

"Esa es la innovación:usar cuatro tonos de microondas FM a la vez, "Schloss agregó." Ahora podemos medir simultáneamente las cuatro orientaciones NV a la vez y determinar el campo magnético más rápidamente que antes, como escuchar cuatro estaciones de radio FM a la vez y hacer que todo tenga sentido ".

Aunque la tecnología aún no se ha demostrado con neuronas de mamíferos, Schloss dijo:el estudio es una importante prueba de concepto para una herramienta que algún día podría tener amplios usos.

"Lo que nos gusta de esto es que se aplica ampliamente, y en realidad es solo una actualización experimental menor de lo que la gente ya está haciendo, ", dijo." Esperamos que esto pueda ser adoptado de manera muy amplia en biología, en física de la materia condensada, y en otros lugares ".

Esta historia se publica por cortesía de Harvard Gazette, Periódico oficial de la Universidad de Harvard. Para noticias universitarias adicionales, visite Harvard.edu.